Duas dificuldades importantes no campo da microelectrónica são o processamento de sinais de alta freqüência e sinais fracos, o nível de produção de PCB a este respeito é particularmente importante, o mesmo princípio de concepção, os mesmos componentes, as diferentes PCB produzidas produzem resultados diferentes Então, como fazer uma boa placa PCB?
Como obter uma PCB de alta qualidade?
Primeiro, devemos definir claramente os objetivos
Recebi uma tarefa de design, devemos primeiro limpar o objetivo do projeto: placa PCB comum, placa PCB de alta freqüência, placa PCB de processamento de sinal pequeno ou placa PCB de processamento de sinal de alta freqüência e pequeno, se for uma placa PCB comum, Enquanto a disposição e a fiação para alcançar razoáveis e arrumadas, as dimensões mecânicas podem ser precisas, se a linha de carga e a linha longa, é necessário usar certos meios para processamento, reduzir a carga, fortalecer a unidade a longo prazo, com foco na prevenção de reflexão a longo prazo.
Quando há mais de 40MHz de linhas de sinal na placa, deve ser dada especial atenção a essas linhas de sinal, como crosstalk entre linhas, etc. Se a freqüência for maior, o comprimento da fiação é mais restrito e de acordo com o parâmetro de distribuição A teoria da rede, a interação entre o circuito de alta velocidade e sua conexão é o fator decisivo no projeto do sistema não pode ser ignorada à medida que a velocidade de transmissão do portão aumenta, a oposição na linha de sinal será um aumento correspondente no crosstalk entre linhas de sinal adjacentes será Aumentar proporcionalmente, geralmente a dissipação de energia do circuito de alta velocidade e a dissipação de calor também são muito grandes, a PCB de alta velocidade deve receber atenção suficiente.
Quando há sinais fracos na placa de milivolts ou mesmo microvolts, deve-se ter cuidado especial para estas linhas de sinal. Os sinais pequenos são muito fracos para serem facilmente perturbados por outros sinais fortes. As medidas de blindagem são muitas vezes necessárias. Caso contrário, Reduzindo bastante a relação sinal / ruído de modo que o sinal útil seja submergido pelo ruído e não possa ser efetivamente extraído.
O comissionamento da placa também deve ser considerado no estágio de projeto. A localização física dos pontos de teste e o isolamento dos pontos de teste não devem ser negligenciados. Como alguns sinais de pequena e alta freqüência não podem ser adicionados diretamente à sonda para medição.
Além de considerar alguns outros fatores relevantes, como o número de camadas da placa, o uso da forma da embalagem do componente, a resistência mecânica da placa, etc. Antes de fazer a placa PCB, faça os objetivos de projeto do projeto.
Em segundo lugar, entenda a função dos componentes utilizados no layout dos requisitos de fiação
Sabemos que existem alguns componentes especiais no layout da fiação que possui requisitos especiais, como amplificador de sinal analógico LOTI e APH usado, amplificador de sinal analógico para os requisitos de potência de uma ondulação estável e pequena. A parte de sinal pequeno analógico deve tentar ficar longe de dispositivos de energia. Placa OTI, pequena parte da amplificação de sinal do escudo especial também adicionada para proteger a interferência eletromagnética perdida.
NTOI GLINK chips utilizados no quadro é o processo ECL, poder poderosa febre, o calor deve estar no layout da questão deve ser dada uma consideração especial, se o resfriamento natural, é necessário GLINK chip na circulação do ar é relativamente suave E o calor dissipado ainda não pode ter um grande impacto em outros chips. Se o painel estiver equipado com altifalantes ou outros dispositivos de alta potência, isso pode causar uma poluição grave do poder, devendo também prestar atenção suficiente.
Em terceiro lugar, as considerações de layout do componente
Layout do componente O primeiro fator a ser considerado é as propriedades elétricas da conexão para fechar os componentes o máximo possível, especialmente para algumas linhas de alta velocidade, o layout deve torná-lo o mais curto possível, o sinal de energia e pequenos dispositivos de sinal Para separar. Na premissa de conhecer o desempenho do circuito, mas também considerar os componentes colocados perfeitamente, lindos, fáceis de testar, o tamanho mecânico da placa, a localização do soquete também precisam considerar seriamente.
O tempo de atraso de transmissão no solo e as linhas de interconexão em sistemas de alta velocidade também é o primeiro fator a ser considerado no projeto do sistema. O tempo de transmissão nas linhas de sinal tem um grande impacto na velocidade geral do sistema, especialmente para circuitos ECL de alta velocidade, embora a integração O próprio bloco de circuito é muito rápido, mas a velocidade do sistema é bastante reduzida devido ao aumento do tempo de atraso no backplane com interconexões normais (cerca de 2 ns por comprimento de linha de 30 cm). Como os registros de deslocamento, A sincronização do contador síncrono do trabalho deste componente é melhor colocada na mesma peça da placa, porque o sinal do relógio para diferentes placas de conexão do tempo de atraso da transmissão não é igual, pode fazer o erro do proprietário do registrador de mudança, se não em uma placa, Então, onde a sincronização é crítica, as linhas de relógio conectadas da fonte de relógio comum a cada placa devem ter o mesmo comprimento.
Em quarto lugar, as considerações de fiação
Com o design da OTNI e da rede de fibra óptica estrela concluída, haverá mais placas com linhas de sinal de alta velocidade acima de 100MHz que precisam ser projetadas. Aqui vamos apresentar alguns conceitos básicos de linha de alta velocidade.
Linha de transmissão:
Qualquer caminho de sinal "longo" em uma placa de circuito impresso pode ser considerado como uma linha de transmissão. Se o atraso de transmissão da linha for muito menor do que o tempo de subida do sinal, a reflexão primária produzida durante a elevação do sinal será submersa Com o excesso, o retrocesso e o toque já não estão presentes, para a maioria dos circuitos MOS hoje, o traço pode ser longo em metros sem distorção de sinal devido ao tempo de subida muito maior em relação ao tempo de atraso de propagação da linha. Para circuitos lógicos mais rápidos, especialmente ECL ultra rápidos.
No caso de circuitos integrados, o comprimento dos traços deve ser significativamente reduzido para manter a integridade do sinal devido a velocidades de borda mais rápidas.
Existem duas maneiras de fazer circuitos de alta velocidade operarem em linhas relativamente longas sem distorção severa da forma de onda. O TTL usa uma braçadeira de diodo Schottky para as bordas de descida rápida, apertando o overshoot para uma queda de diodo abaixo do solo , O que reduz a folga. A borda ascendente mais lenta permite um excesso, mas é atenuada pela impedância de saída relativamente alta (50 ~ 80Ω) do circuito no nível 'H' Além disso, devido ao nível "H", a maior imunidade ao problema de retrocesso não é muito proeminente, os dispositivos da série HCT, se a combinação de grampo de diodo Schottky e método de terminação de resistência em série, que O efeito da melhoria será mais óbvio.
O método de modelagem TTL descrito acima parece ser um tanto menos eficiente a taxas de bits mais altas e taxas de borda mais rápidas quando se ventila ao longo das linhas de sinal devido às ondas refletidas na linha que tenderão a ser sintetizadas a altas taxas , Resultando em distorção de sinal grave e capacidade de anti-interferência reduzida.Portanto, para resolver o problema de reflexão, o sistema ECL normalmente usa outro método: método de correspondência de impedância de linha. Com este método pode fazer a reflexão ser controlada, a integridade do sinal Garantia.
Estritamente falando, as linhas de transmissão não são muito necessárias para dispositivos TTL e CMOS convencionais com velocidades de borda mais lentas, e as linhas de transmissão nem sempre são necessárias para dispositivos ECL de alta velocidade com velocidades de borda mais rápidas, mas ao usar linhas de transmissão , Eles têm a vantagem de prever atrasos de conexão e controlar reflexões e oscilações através da correspondência de impedância.
1, os fatores básicos que determinam se adotar a linha de transmissão são os seguintes cinco:
(1) o sinal do sistema ao longo da taxa,
(2) Distância de conexão;
(3) carga capacitiva (ventilador de quanto),
(4) carga resistiva (terminação da linha);
(5) Percentagem admissível de retrocesso e sobreposição (redução da imunidade AC).
2, vários tipos de linhas de transmissão
(1) Cabo coaxial e par trançado: são freqüentemente utilizados no sistema e na conexão do sistema. A impedância característica do cabo axial é geralmente de 50 Ω e 75 Ω, o par trançado é geralmente de 110 Ω.
(2) PCB na linha microstrip
A linha de microstrip é um condutor de tira (linha de sinal) que é separado do plano de terra por um dielétrico. Se a espessura, a largura e a distância da linha do plano de terra forem controláveis, sua impedância característica Também é controlável. A impedância característica Z0 da linha de microstrip é:
(3) linha de tira na PCB
Uma linha de fita é uma tira de fita de cobre no meio de um dielétrico entre dois planos condutores. Se a espessura e largura da linha, a permitividade do meio e a distância entre dois planos condutores são controláveis, então as características da linha A impedância também é controlável, a impedância característica do stripline é:
3, linha de transmissão de terminação
A terminação de uma linha na extremidade de recepção com uma resistência igual à impedância característica da linha significa que a linha de transmissão é uma terminação paralela que é usada principalmente para obter o melhor desempenho elétrico, incluindo a condução de cargas distribuídas.
Às vezes, para economizar o consumo de energia, uma série de 104 capacitores são conectados em série com o resistor de terminação para formar um circuito de terminação AC, que pode efetivamente reduzir a perda de CC.
Um resistor é conectado em série entre o driver e a linha de transmissão, e as terminações da linha não estão mais conectadas ao resistor de terminação, este método de terminação é chamado de terminação em série. Overshoot e tocando em linhas mais longas está disponível com amortecimento em série ou terminação em série A tecnologia para controlar o amortecimento da série é o uso de um portão de transmissão em série com uma pequena resistência (tipicamente 10 ~ 75Ω) para alcançar este método de amortecimento é adequado para a impedância associada ao controle da linha associada (como a fiação do piso, Não há placas de circuito de plano de terra e a maior parte do enrolamento e assim por diante.
A soma do valor de resistência da série e a impedância de saída do circuito (porta de unidade) é igual à impedância característica da linha de transmissão quando a conexão em série é terminada. A conexão de conexão em série tem a desvantagem de que o terminal só pode usar a carga agrupada e o tempo de atraso de transmissão é longo. Isso pode ser superado usando linhas de transmissão extra em paralelo em tandem.
4, linha de transmissão não encerrada
Se o atraso da linha for muito menor do que o tempo de subida do sinal, é possível usar a linha de transmissão sem terminação em série ou paralela. Se uma conexão não terminal tiver um atraso bidirecional (o sinal viaja uma vez na linha de transmissão) O tempo de subida do sinal é curto, então o retrocesso devido a não terminado é aproximadamente 15% do movimento da lógica. O comprimento máximo do circuito aberto é aproximadamente:
Lmax Onde: tr para o tempo de subida
tpd é o tempo de atraso da transmissão por unidade de comprimento da linha
5, várias maneiras de comparar a rescisão
A terminação paralela e a terminação em série têm suas próprias vantagens, que um ou dois são usados, dependendo do hobby do designer e dos requisitos do sistema.
A principal vantagem da terminação em paralelo é que o sistema é rápido e que o sinal é transmitido intacto sobre o fio. A carga a longo prazo não afeta o atraso de propagação do portão de transmissão que conduz uma linha longa nem afeta sua velocidade de borda do sinal, O atraso de propagação do sinal ao longo da linha longa aumenta. Ao conduzir um ventilador grande, a carga pode ser distribuída ao longo das linhas curtas do ramal em vez do terminal onde a carga deve ser agrupada como em terminação em série.
O método de terminação em série permite que o circuito conduza várias linhas de carga paralelas. O atraso da terminação em série devido à carga capacitiva é aproximadamente duas vezes maior do que a terminação paralela correspondente, enquanto que para linhas curtas, a borda No entanto, o crosstalk da terminação da série é menor que o da terminação paralela. O principal motivo é que a amplitude do sinal transmitido ao longo da terminação da série é apenas metade do movimento da lógica e, portanto, A corrente de comutação é apenas metade da terminação paralela de corrente de comutação, a energia do sinal é pequena e pequena.
PCB é a escolha de placa de dupla face ou placa de várias camadas, depende da freqüência de operação máxima e da complexidade do sistema de circuito e dos requisitos de densidade de montagem para decidir. Quando a freqüência de clock exceder a placa multicamada de melhor uso de 200MHZ. Se a freqüência de operação exceder 350MHz , A melhor escolha para usar PTFE como a camada dielétrica da placa de circuito impresso, por causa de sua atenuação de alta freqüência ser menor, capacitância parasitária menor, a velocidade de transmissão para ser mais rápida, mas também devido à maior Z0 e consumo de energia O alinhamento da placa de circuito impresso possui os seguintes princípios e requisitos:
(1) Todas as linhas de sinal paralelas devem ser mantidas o maior possível para reduzir o diafixo. Se houver duas linhas de sinal próximas, é melhor tomar uma linha de terra entre as duas linhas de modo a proteger Papel.
(2) Projete a linha de transmissão do sinal para evitar cantos afiados para evitar que as características da linha de transmissão das mudanças súbitas na reflexão da impedância, na medida do possível, projetadas para ter um arco uniforme de certo tamanho.
(3) A largura da linha impressa pode ser calculada de acordo com a fórmula de cálculo de impedância característica da linha de microstrip e a linha de tira, e a impedância característica da linha de microfone na placa de circuito impresso geralmente é entre 50 e 120Ω. Impedância, a largura da linha deve ser feita muito estreita, mas as linhas muito finas não são fáceis de fazer. De acordo com vários fatores, a escolha geral de impedância de cerca de 68Ω é mais apropriada, pois a escolha da impedância característica de 68Ω, tempo de atraso e consumo de energia Para obter o melhor equilíbrio entre. Uma linha de transmissão de 50Ω consumirá mais energia, uma impedância maior pode reduzir o consumo de energia, mas fará com que o tempo de atraso da transmissão odeie. Por causa da capacitância da linha negativa, o tempo de atraso da transmissão aumentará e No entanto, a capacitância intrínseca por unidade de comprimento do segmento de linha com baixa impedância característica é relativamente grande, de modo que o tempo de atraso de propagação e a impedância característica são menos afetados pela capacitância de carga. Uma característica importante da linha de transmissão com término apropriado é que o ramo O tempo de atraso on-line de curto prazo não deve ter efeito. Quando Z0 é de 50Ω, o comprimento de ramos curtos deve ser limitado a 2,5 cm, para evitar o toque grande.
(4) Para placa de dupla face (ou placa de quatro camadas para quatro linhas). A placa de circuito em ambos os lados da linha perpendicular entre si, para evitar que se produza o crosstalk principal.
(5) Placa de circuito impresso, se equipado com dispositivos de alta corrente, como relés, luzes, altifalantes, etc., o melhor para separar o chão separadamente para reduzir o ruído no chão, esses dispositivos de alta corrente devem ser triturados Conecte-se a um barramento de aterramento separado na placa e no painel traseiro, e essas linhas de solo individuais devem ser conectadas ao solo de todo o sistema.
(6) Se houver um pequeno amplificador de sinal na placa, a linha de sinal fraca antes da amplificação deve estar longe da linha de sinal forte e a fiação deve ser o mais curto possível e, se possível, deve ser protegida com o fio de aterramento.